Turbinas
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Radial Inflow Turbine
Contenido• Generalidades.• Radial Inflow Turbine.• Termodinámica del proceso.• Consideraciones de diseño.• Bibliografía.
Generalidades (1)• Turbina Inflow -
outflow• 1930 Jet Engine
Flight• Turbogeneradores
Imagen tomada de: Ljungstrôm turbine, S.L. Dixon, Fluid Mechanics, Thermodynamics of turbomachine, 4 ed.
Generalidades (2)
Generalidades (3)
Imagen tomada de: Influence of Reynolds number, Boyce, Meherwan P, Gas Turbine Engineering Handbook, 3 ed.
Radial Inflow Turbine (1)
CANTILEVER• Baja eficiencia.• No presenta
aceleración del flujo.• Dificultad de
manufactura.
Imagen tomada de: Cantilever turbine, S.L. Dixon, Fluid Mechanics, Thermodynamics of turbomachine, 4 ed.
Radial Inflow Turbine (2)
MIXTED FLOW TURBINE
• Mejor eficiencia.• Mayor resistencia a los
esfuerzos generados.• Máximo
aprovechamiento de la velocidad
Imagen tomada de: Mixted Turbine, Boyce, Meherwan P, Gas Turbine Engineering Handbook, 3 ed.
Radial Inflow Turbine (3)
Imagen tomada de: Mixted Flow Turbine , S.L. Dixon, Fluid Mechanics, Thermodynamics of turbomachine, 4 ed.
Radial Inflow Turbine (4)
Imagen tomada de: Mixted Flow Turbine , S.L. Dixon, Fluid Mechanics, Thermodynamics of turbomachine, 4 ed.
Termodinámica del proceso (1)
Proceso de expansión adiabática.
Ecuación de la Tobera:
Rotalpia de la turbina:
Imagen tomada de: Mollier Diagram, S.L. Dixon, Fluid Mechanics, Thermodynamics of turbomachine, 4 ed.
Termodinámica del proceso (2)
Ecuación de la Turbina
Donde:
Obtenemos que:
Imagen tomada de: Mollier Diagram, S.L. Dixon, Fluid Mechanics, Thermodynamics of turbomachine, 4 ed.
Termodinámica del proceso (3)
Ecuación del Difusor
Trabajo total del proceso:
Imagen tomada de: Mollier Diagram, S.L. Dixon, Fluid Mechanics, Thermodynamics of turbomachine, 4 ed.
Consideraciones de diseño (1)
Spouting Velocity:
• Velocidad máxima del sistema.• Representa la
velocidad de diseño a la cual debe ser diseñado el sistema.
Imagen tomada de: Mollier Diagram, S.L. Dixon, Fluid Mechanics, Thermodynamics of turbomachine, 4 ed.
Consideraciones de diseño (2)
Punto de diseño de la eficiencia nominal:
Donde la diferencia de temperatura es obtenida de la relación de rotalpia de la turbina:
Consideraciones de diseño (3)
Y las relaciones de velocidad del sistema:
Se obtiene que la eficiencia nominal es:
Consideraciones de diseño (4)
Diseño de la eficiencia optima:Whitfield (1990) propone un modelo para el diseño:
Consideraciones de diseño (5)
Angulo de entrada del flujo al reto:• Los ángulos
recomendados para la entrada del flujo al rotor son entre 20 y 40
Imagen tomada de: Steamline flow , S.L. Dixon, Fluid Mechanics, Thermodynamics of turbomachine, 4 ed.
Consideraciones de diseño (6)
También se puede encontrar en la literatura la relación entre ángulos de:
Imagen tomada de: Steamline flow , S.L. Dixon, Fluid Mechanics, Thermodynamics of turbomachine, 4 ed.
Consideraciones de diseño (7)
Criterio del numero de aspas mínimo:
Imagen tomada de: Minimum number of blades, S.L. Dixon, Fluid Mechanics, Thermodynamics of turbomachine, 4 ed.
Consideraciones de diseño (8)
Imagen tomada de: Diagram number of rotor vanes, S.L. Dixon, Fluid Mechanics, Thermodynamics of turbomachine, 4 ed.
Consideraciones de diseño (9)
Diseño Geométrico Optimo
• Rohlik (1968) determino la proporción del diseño geométrico de las turbinas.• Se comprueba una
relación directa entre las condiciones geométricas del diseño y las perdidas del sistema.• Relación Condición
de operación optima - Eficiencia
Imagen tomada de: Performance of mixed flow turbine, S.L. Dixon, Fluid Mechanics, Thermodynamics of turbomachine, 4 ed.
Consideraciones de diseño (10)
Imagen tomada de: Performance of mixed flow turbine, S.L. Dixon, Fluid Mechanics, Thermodynamics of turbomachine, 4 ed.
Imagen tomada de: Distribution of losses , S.L. Dixon, Fluid Mechanics, Thermodynamics of turbomachine, 4 ed.
Consideraciones de diseño (11)Perdidas en el proceso de la turbina:• Carga y perdida de las aspas: 7-12%• Perdidas por fricción: 1-2%• Perdidas secundarias: 0-1%• Perdida de holgura: 1-2%• Perdida de la condición de diseño: 0,5-1,5%• Perdidas por salida: 1-5%• Perdida por calor.
Bibliografia• Gas Turbine Engineering Handbook;Boyce, Meherwan P; 3ª
Edition; Elsevier, 2006.
• Fluid Mechanics, Thermodynamics of Turbomachinery; S.L. Dixon, B.Eng., PH.D.; 4ª Edition; 1998.
MUCHAS GRACIAS